Como se mide la velocidad de la luz

Günter nimtz

Aunque esta velocidad se asocia más comúnmente con la luz, es también la velocidad a la que viajan todas las partículas sin masa y las perturbaciones de campo en el vacío, incluyendo la radiación electromagnética (de la que la luz es un pequeño rango en el espectro de frecuencias) y las ondas gravitacionales. Estas partículas y ondas viajan a c independientemente del movimiento de la fuente o del marco de referencia inercial del observador. Las partículas con masa en reposo distinta de cero pueden acercarse a c, pero nunca pueden alcanzarlo realmente, independientemente del sistema de referencia en el que se mida su velocidad. En las teorías especial y general de la relatividad, c interrelaciona el espacio y el tiempo, y también aparece en la famosa ecuación de equivalencia masa-energía, E = mc2.[4] En algunos casos puede parecer que los objetos o las ondas viajan más rápido que la luz (por ejemplo, las velocidades de fase de las ondas, la aparición de ciertos objetos astronómicos de alta velocidad y determinados efectos cuánticos). Se entiende que la expansión del universo supera la velocidad de la luz más allá de un determinado límite.

Velocidad de la luzunidad de velocidad

Antes de que Einstein presentara su teoría de la relatividad especial, la comunidad científica estaba perpleja sobre cómo medir la velocidad de la luz. Einstein propuso que las ondas luminosas no se comportan como el sonido o el agua, y tenía razón. Descubra cómo llegó a la solución de este desconcertante fenómeno.

  Que son los audios subliminales

Durante años, los científicos se esforzaron por encontrar una explicación de por qué las ondas sonoras y las ondas de agua se movían a una velocidad relativa al medio por el que viajaban, pero las ondas de luz no parecían comportarse de la misma manera. De hecho, la luz no parecía moverse a través de ningún medio.

Para que este hipotético éter tuviera sentido, debía tener algunas propiedades bastante extrañas. Por un lado, los astrónomos sabían desde hacía tiempo que los planetas de nuestro sistema solar no se ralentizaban de forma apreciable con el paso del tiempo.

Si nuestro sistema solar estuviera lleno de cualquier tipo de material ordinario, como un gas o algo similar, ese material actuaría como una forma de resistencia al viento para los planetas, induciendo una fuerza de arrastre y haciendo que se ralenticen gradualmente.

Ole rømer

Y eso es absolutamente 100% exacto, sin errores de medición. Pero Jack, te oigo decir, ¿de qué estás hablando?  La razón por la que sabemos que esa es exactamente la velocidad de la luz, es que la definimos como ese número.  Luego tomamos nuestra definición de un segundo (la duración de un cierto número de períodos de la radiación emitida en las transiciones hiperfinas en el cesio-133), y a partir de ahí definimos un metro.  Así que lo que mediríamos es lo que es un metro.

  Con que pintaban en la prehistoria

Utilizamos la velocidad de la luz como una velocidad fija, a partir de la cual todos los observadores pueden definir su propia escala de longitud. Para medir la velocidad de la luz se necesitaría una definición externa de lo que es un metro, y desde la década de 1970, aproximadamente, no la tenemos.

Si quisiéramos medir la velocidad de la luz utilizando esta referencia de distancia externa, es fácil de probar; basta con lanzar un pulso de luz en t=0 hacia un espejo y luego cronometrar el tiempo que tarda en volver a nosotros. Este es el principio exacto en el que se basan los radares y los sonares (aunque, de nuevo, miden la distancia sabiendo la velocidad, pero funciona de cualquier manera).

Velocidad de la luz por segundo

Aquí hay tres magnitudes relevantes: la longitud de un metro, la duración de un segundo y la velocidad de la luz. Sólo es necesario medir absolutamente una de ellas, tras lo cual las otras dos pueden definirse en función de la que se mide.

Por razones tecnológicas, hemos optado por hacer que la cantidad de referencia medida sea la duración de un segundo, que se define en términos del número de oscilaciones de la radiación asociada a la transición entre los estados básicos hiperfinos en el cesio (concretamente, son 9.192.631.770 oscilaciones de esa luz). Esto se debe básicamente a que existen técnicas experimentales que permiten realizar mediciones increíblemente precisas de la frecuencia de la radiación, a un nivel que realmente no puede ser igualado por las mediciones de longitud o velocidad. (Las mejores mediciones de frecuencia del mundo utilizan iones de aluminio atrapados como “reloj”, y son buenas hasta algo así como una parte en $10^{18}$).

  Primeras formas de vida en la tierra

Habiendo definido el segundo en términos de alguna cantidad físicamente medible, podemos definir la velocidad de la luz como un valor particular en metros/segundo, y luego definir el metro en términos de la distancia recorrida por la luz en un segundo. El tamaño de un metro es simplemente una cuestión de convención, no algo fijo en el mundo físico, así que mientras hayamos anclado el segundo a algo fundamental, podemos hacer que el metro sea lo que queramos.